專(zhuān)利名稱(chēng)：帶濾光片轉(zhuǎn)盤(pán)的生物芯片熒光檢測(cè)掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種帶濾光片轉(zhuǎn)盤(pán)的生物芯片熒光圖像的采集裝置，用于生物芯片上熒光圖像的掃描檢測(cè)。
技術(shù)背景本實(shí)用新型作出以前，在已有技術(shù)中，美國(guó)Affymetrix公司的AffymetrixTM生物芯片熒光檢測(cè)裝置(Thane Kreiner發(fā)表于《American laboratory》雜志，1996年3月，第39-43頁(yè))。該裝置主要由Ar+激光器、快門(mén)、第一轉(zhuǎn)向鏡、激光譜線濾光鏡、分色鏡，第二轉(zhuǎn)向鏡、聚焦掃描頭、芯片支架、激光強(qiáng)度探測(cè)器、濾光片組、消色差鏡、針孔和光電倍增管組成激光激發(fā)光路和熒光接收光路。
其工作過(guò)程為Ar+激光器發(fā)出的激光束經(jīng)快門(mén)、第一轉(zhuǎn)向鏡和激光譜線濾光鏡后，以單色光射向分色鏡，分色鏡對(duì)激光束全反射，而讓熒光透過(guò)。該光束被分色鏡反射到第二轉(zhuǎn)向鏡，經(jīng)反射進(jìn)入聚焦掃描頭并被聚焦于芯片支架上的生物芯片表面。在入射激光束激發(fā)下，生物芯片上的熒光物質(zhì)將發(fā)出熒光。熒光經(jīng)聚焦掃描頭和第二轉(zhuǎn)向鏡到達(dá)分色鏡，熒光透色分色鏡、濾光片組、消色差鏡、針孔和光電倍增管，最終被轉(zhuǎn)換成與熒光強(qiáng)度成正比的電信號(hào)。由生物芯片反射和散射回來(lái)的激光被分色鏡反射回去，不會(huì)到達(dá)光電倍增管。為了獲得整個(gè)芯片上的二維熒光圖像，聚焦掃描頭需作水平運(yùn)動(dòng)，而芯片支架則作垂直運(yùn)動(dòng)。該裝置的不足之處是1、體積大，功耗高。由于采用了電光轉(zhuǎn)換效率極低的Ar+激光器，其壽命短，體積大，發(fā)熱量大，需要強(qiáng)制冷卻，不利于整機(jī)的小型化；且制造成本高，不利于推廣使用；2、檢測(cè)速度慢，工作效率低。由于采用一種激光器，所以只能獲得一種熒光物質(zhì)的圖像；為了獲得生物芯片上的數(shù)種熒光物質(zhì)的熒光圖像，必須使用多臺(tái)采用多種相應(yīng)激光器的掃描檢測(cè)裝置。而且該裝置一次只能檢測(cè)一個(gè)生物芯片上的一種熒光物質(zhì)的熒光圖像。3、檢測(cè)準(zhǔn)確性差。由于為了獲得生物芯片上的二維熒光圖像，必須使聚焦掃描頭和芯片支架分別作相互垂直的線性運(yùn)動(dòng)，而且聚焦掃描頭和芯片支架是分離的。這種運(yùn)動(dòng)很難達(dá)到高穩(wěn)定性與高速度，整個(gè)裝置易產(chǎn)生失調(diào)和離焦等問(wèn)題，因而影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足之處，從而為生物芯片熒光檢測(cè)提供一種體積小、成本低、檢測(cè)效率高、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠的帶濾光片轉(zhuǎn)盤(pán)的生物芯片熒光檢測(cè)掃描裝置。
本實(shí)用新型的主要解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型主要包含激光激發(fā)光路，熒光接收光路及放置生物芯片的平臺(tái)。在激光激發(fā)光路上，支架6上裝有綠光固體激光器1和紅光半導(dǎo)體激光器2，沿著綠光固體激光器1和紅光半導(dǎo)體激光器2發(fā)射的激光束前進(jìn)方向上，依次裝有合光棱鏡3，中空全反鏡4、激光聚焦鏡7，激光束經(jīng)合光棱鏡3達(dá)到同光路后，穿過(guò)中空全反鏡4中心的通孔5，經(jīng)激光聚焦鏡7后激光束被聚焦于生物芯片8上，生物芯片8安裝在平臺(tái)9上，平臺(tái)9與平臺(tái)10間裝有導(dǎo)軌11，在熒光接收光路上，Cy3濾光片14、Cy5濾光片12固定在轉(zhuǎn)盤(pán)13上，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)13的轉(zhuǎn)動(dòng)使與綠光固體激光器1和紅光半導(dǎo)體激光器2對(duì)應(yīng)的Cy3濾光片14或Cy5濾光片12進(jìn)入熒光接收光路，除濾光片外，兩個(gè)熒光接收光路共用，分別經(jīng)共焦鏡15、針孔16后投射到光電倍增管17上。共焦鏡15、針孔16、光電倍增管17依次安裝在支架6上。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面本實(shí)用新型將結(jié)合附圖中的實(shí)施例作進(jìn)一步描述本實(shí)用新型主要由激光激發(fā)光路、熒光接收光路和可安裝多個(gè)生物芯片的X-Y平臺(tái)組成。在激光激發(fā)光路上，支架6上裝有綠光固體激光器1，紅光半導(dǎo)體激光器2、合光棱鏡3、中空全反鏡4、激光聚焦鏡7。在綠光固體激光器1、紅光半導(dǎo)體激光器2與中空全反鏡4之間裝有合光棱鏡3，在合光棱鏡3與激光聚焦鏡7之間裝有中空全反鏡4。沿著綠光固體激光器1和紅光半導(dǎo)體激光器2發(fā)射的激光束前進(jìn)方向上，由于置有合光棱鏡3、中空全反鏡4、激光聚焦鏡7，通過(guò)它們發(fā)出的激光束經(jīng)合光棱鏡3后相互平行且緊靠在一起，穿過(guò)中空全反鏡4中心的通孔5，中空全反鏡4中心的通孔5可以允許兩個(gè)或兩個(gè)以上激光束穿過(guò)，而使熒光反射，實(shí)現(xiàn)激光與熒光的分離。經(jīng)激光聚焦鏡7后兩束激光被聚焦于生物芯片8上的同一個(gè)點(diǎn)，或相對(duì)位置固定的相鄰點(diǎn)，即實(shí)現(xiàn)兩光束共點(diǎn)掃描檢測(cè)，并可檢測(cè)一個(gè)或同時(shí)檢測(cè)兩個(gè)以上生物芯片。兩個(gè)或兩個(gè)以上生物芯片置于一個(gè)X-Y二維平臺(tái)上。X-Y平臺(tái)由X方向平臺(tái)9和Y方向平臺(tái)10組合而成。X方向平臺(tái)9安裝在Y方向平臺(tái)10之上，平臺(tái)9與平臺(tái)10之間裝有導(dǎo)軌11。X方向平臺(tái)9是一個(gè)快速往返掃描平臺(tái)，Y方向平臺(tái)10是一個(gè)慢速單方向大行程平臺(tái)，X方向平臺(tái)9在生物芯片8上掃過(guò)一條線，則Y方向平臺(tái)10前進(jìn)一步，兩個(gè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)組合成一個(gè)二維掃描運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物芯片8上二維熒光圖像的讀取。
上面所述的合光棱鏡3是一個(gè)兩面或兩面以上錐形棱鏡，錐形表面與其出射面成同一個(gè)楔角α，楔角α角度為0-45°，它可以將以特定入射角入射于其上的激光束以垂直于出射面方向射出，如果有兩個(gè)以上激光束以各自的特定的入射角從不同的錐形表面進(jìn)入合光棱鏡3，則這些激光束將平行出射，達(dá)到合光的目的。綠光固體激光器1和紅光半導(dǎo)體激光器2發(fā)射的激光束的光軸與合光棱鏡3的出射光軸分別成一定角度θ1和θ2放置，且θ1＝(n1-1)α，θ2＝(n2-1)α，n1和n2分別是綠光固體激光器1和紅光半導(dǎo)體激光器2波長(zhǎng)處合光棱鏡3的折射率，其余類(lèi)推。如果采用兩個(gè)以上的激光器，則可將合光棱鏡3的錐形表面的個(gè)數(shù)做成與激光器個(gè)數(shù)相等，即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)以上激光的同時(shí)掃描檢測(cè)。上面所述的中空全反鏡4的反射面與光軸成45°放置，其中間的通孔5允許多種激光束穿過(guò)，而無(wú)需作任何特殊處理，從而使實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造。
在激光激發(fā)光路上可以裝有兩個(gè)或兩個(gè)以上的激光器，相應(yīng)地，需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的濾光片。在本實(shí)用新型中由于采用了兩個(gè)激光器，因此除濾光片外，兩個(gè)熒光接收光路共用，它們分別接收相應(yīng)的熒光信號(hào)。從生物芯片8反射的激光束從通孔5按原光路返回，不進(jìn)入熒光接收光路。由生物芯片8發(fā)出的熒光經(jīng)激光聚焦鏡7準(zhǔn)直后，由中空全反鏡4反射到熒光接收光路上，除濾光片14、12外兩個(gè)熒光接收光路共用。Cy3濾光片14、Cy5濾光片12安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)13上，轉(zhuǎn)盤(pán)13安裝在電機(jī)18的旋轉(zhuǎn)軸上，電機(jī)18安裝在支架6上。通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)13的轉(zhuǎn)動(dòng)使與綠光固體激光器1和紅光半導(dǎo)體激光器2對(duì)應(yīng)的Cy3濾光片14、Cy5濾光片12進(jìn)入熒光接收光路(當(dāng)激光器1或激光器2工作時(shí))。熒光經(jīng)濾光片14或12后，經(jīng)共焦鏡15，針孔16后投射到光電倍增管17上。共焦鏡15、針孔16、光電倍增管17依次安裝在支架6上。本實(shí)用新型的這種結(jié)構(gòu)安排可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上生物芯片上兩種或多種熒光物質(zhì)圖像的逐一讀取。
下面本實(shí)用新型的舉例作進(jìn)一步說(shuō)明如圖1結(jié)構(gòu)所示這是一種采用兩種激光器掃描檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)生物芯片的裝置。生物芯片上的兩種熒光物質(zhì)圖像是逐一讀取的。綠光固體激光器1和紅光半導(dǎo)體激光器2的波長(zhǎng)分別為532nm和635nm，激光輸出功率分別為10mW和12mW，激光束的直徑均為2mm，用于檢測(cè)生物芯片上的兩種熒光物質(zhì)。合光棱鏡3采用K9光學(xué)玻璃制造而成，α＝10°n1＝1.51904，n2＝1.51459。綠光固體激光器1和紅光半導(dǎo)體激光器2的光軸與合光棱鏡3的光軸夾角θ1＝5.1904°，θ2＝5.4459°，即兩個(gè)激光束經(jīng)過(guò)激光聚焦鏡7聚焦于生物芯片8上的同一個(gè)點(diǎn)。激光聚焦鏡7的焦距f＝12mm，所以生物芯片上激光光斑的尺寸為φ10μm。中空全反鏡4中心的通孔5的直徑為4-6mm，反射面鍍寬帶全反膜，在570-750nm波段的反射率大于98％。本實(shí)用新型工作時(shí)，兩個(gè)激光器中只有一個(gè)打開(kāi)，與之對(duì)應(yīng)的Cy3濾光片14或Cy5濾光片12中的一個(gè)進(jìn)入熒光接收光路。綠光固體激光器1打開(kāi)時(shí)，檢測(cè)生物芯片8上的Cy3熒光染料圖像，這時(shí)Cy3濾光片14進(jìn)入熒光接收光路。從中空全反鏡4反射來(lái)的Cy3熒光經(jīng)Cy3濾光片14，共焦鏡15、針孔16后，由光電倍增管17轉(zhuǎn)換成與熒光通量成正比的電信號(hào)。紅光半導(dǎo)體激光器2打開(kāi)時(shí)，檢測(cè)生物芯片8上的Cy5熒光染料圖像，這時(shí)Cy5濾光片12進(jìn)入熒光接收光路。從中空全反鏡4反射來(lái)的Cy5熒光經(jīng)Cy5濾光片12，共焦鏡15、針孔16后，由光電倍增管17轉(zhuǎn)換成與熒光通量成正比的電信號(hào)。共焦鏡15的焦距為32mm，針孔16的通光口徑為φ80-φ120μm。
X-Y平臺(tái)上放置了三個(gè)待測(cè)生物芯片，單個(gè)生物芯片的檢測(cè)范圍為25.4mm×66mm。X方向平臺(tái)9的往返頻率為10Hz，在往返掃描過(guò)程中均采集熒光信號(hào)。最佳實(shí)施例對(duì)上述兩種熒光物質(zhì)的探測(cè)靈敏度達(dá)到0.1個(gè)分子/μm2，在20分鐘內(nèi)獲得三個(gè)生物芯片的兩種熒光圖像，即總共可得六個(gè)熒光圖像。上述所述的兩種熒光物質(zhì)分別為Cy3和Cy5。
本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、檢測(cè)效率高。本裝置由于采用合光棱鏡，使兩個(gè)或兩個(gè)以上的激光束先后入射到生物芯片上的同一點(diǎn)，多個(gè)生物芯片放置在平臺(tái)上，即可以同時(shí)掃描檢測(cè)多個(gè)生物芯片；2、信噪比高，檢測(cè)靈敏度高。由于本裝置激光激發(fā)光路與熒光接收光路分離，容易避免激光激發(fā)光束進(jìn)入熒光接收光路，大大降低了噪聲；3、圖像處理方便，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度高。本裝置中多個(gè)激光的入射點(diǎn)重合，所以對(duì)各種熒光圖像進(jìn)行相關(guān)性分析和數(shù)據(jù)處理得到的結(jié)果是真實(shí)的；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、容易實(shí)現(xiàn)高速掃描。除生物芯片在X-平臺(tái)上作二維運(yùn)動(dòng)外，其余零部件均不動(dòng)，平臺(tái)上的負(fù)載小，可以使用功耗低、體積小的X-Y平臺(tái)實(shí)現(xiàn)快速掃描；5、體積小，重量輕，成本低，便于推廣應(yīng)用。本裝置采用了低功耗的固體激光器和半導(dǎo)體激光器。
權(quán)利要求1.一種帶濾光片轉(zhuǎn)盤(pán)的生物芯片熒光檢測(cè)掃描裝置包括激光激發(fā)光路、熒光接收光路、支架，其特征是在激光激發(fā)光路上，支架(6)上裝有綠光固體激光器(1)和紅光半導(dǎo)體激光器(2)，沿著綠光固體激光器(1)和紅光半導(dǎo)體激光器(2)發(fā)射的激光束前進(jìn)方向上，依次裝有合光棱鏡(3)、中空全反鏡(4)，激光聚焦鏡(7)，激光束經(jīng)合光棱鏡(3)到達(dá)同光路后，穿過(guò)中空全反鏡(4)中心的通孔(5)，經(jīng)激光聚焦鏡(7)后激光束被聚焦于生物芯片(8)上，生物芯片(8)安裝在平臺(tái)(9)上，平臺(tái)(9)與平臺(tái)(10)間裝有導(dǎo)軌(11)；濾光片(14)、(12)固定在轉(zhuǎn)盤(pán)(13)上，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)(13)的轉(zhuǎn)動(dòng)使與綠光固體激光器(1)和紅光半導(dǎo)體激光器(2)對(duì)應(yīng)的濾光片(14)或(12)進(jìn)入熒光接收光路，除濾光片外，兩個(gè)熒光接收光路共用，分別經(jīng)共焦鏡(15)、針孔(16)后，投射到光電倍增管(17)上，共焦鏡(15)、針孔(16)、光電倍增管(17)依次安裝在支架(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶濾光片轉(zhuǎn)盤(pán)的生物芯片熒光檢測(cè)掃描裝置，其特征在于所述的合光棱鏡(3)是一個(gè)兩面或兩面以上的錐形棱鏡，錐形表面與其出射面成同一個(gè)楔角α，α角度為0-45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶濾光片轉(zhuǎn)盤(pán)的生物芯片熒光檢測(cè)掃描裝置，其特征在于所述的綠光固體激光器(1)、紅光半導(dǎo)體激光器(2)發(fā)射的激光束光軸與合光棱鏡(3)出射的光軸分別成一定角度θ1和θ2放置，且θ1＝(n1-1)α，θ2＝(n2-1)α，n1和n2分別是綠光激光器(1)和紅光半導(dǎo)體激光器(2)波長(zhǎng)處合光棱鏡(3)的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶濾光片轉(zhuǎn)盤(pán)的生物芯片熒光檢測(cè)掃描裝置，其特征在于所述的激光激發(fā)光路上可以置有兩個(gè)或兩個(gè)以上的激光器，相應(yīng)地，需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的濾光片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶濾光片轉(zhuǎn)盤(pán)的生物芯片熒光檢測(cè)掃描裝置，其特征在于所述的中空全反鏡(4)上中心通孔(5)直徑為4-6mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶濾光片轉(zhuǎn)盤(pán)的生物芯片熒光檢測(cè)掃描裝置，其特征在于所述的針孔(16)的通光口徑為φ80-φ120μm。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種帶濾光片轉(zhuǎn)盤(pán)的生物芯片熒光圖像的采集，用于生物芯片上熒光圖像的掃描檢測(cè)。其主要由激光激發(fā)光路、熒光接收光路和放置生物芯片的X－Y平臺(tái)及支架所組成。激光激發(fā)光路中的兩個(gè)激光束通過(guò)合光棱鏡到達(dá)同光路，穿過(guò)中空全反鏡中心的通孔后，經(jīng)激光聚焦鏡聚焦于生物芯片上的一個(gè)點(diǎn)，激光激發(fā)光路和兩個(gè)熒光接收光路共用，通過(guò)X－Y平臺(tái)的二維運(yùn)動(dòng)，可獲得多個(gè)生物芯片上的二維熒光圖像。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，容易實(shí)現(xiàn)高速掃描；體積小、重量輕，制造成本低；檢測(cè)效率高、信噪比高、檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度高，并采用了低功耗的固體激光器和半導(dǎo)體激光器，大大地節(jié)約了能耗。
文檔編號(hào)G01N21/64GK2522855SQ02218689
公開(kāi)日2002年11月27日 申請(qǐng)日期2002年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月30日
發(fā)明者陸善新, 陳永強(qiáng) 申請(qǐng)人:無(wú)錫市朗珈生物醫(yī)學(xué)工程有限公司